Die Suche nach Anzeichen dunkler Materie außerhalb ihres Gravitationseffekts ist gescheitert – diesmal jedoch umstritten.
Astronomen haben nicht herausgefunden, dass das Röntgenlicht das Produkt eines bestimmten Kandidaten für dunkle Materie ist: sterile Neutrinos.
Die Forscher argumentieren, dass dies ein Ergebnis ist, das diesen Kandidaten als führenden Anwärter auf dunkle Materie ein wenig in den Schatten stellt, ihn aber nicht vollständig ablehnt.
Dunkle Materie ist ein riesiges altes Fragezeichen. Obwohl wir es nicht direkt erkennen können, wissen wir, dass es existiert, weil es einen wirklich starken Gravitationseffekt auf die Materie hat, die wir sehen.
Beispielsweise bewegt sich Materie an den Außenkanten von Galaxien schneller als unter dem Einfluss der sichtbaren Materie auf die Schwerkraft. Und Gravitationslinsen – die Art und Weise, wie die Schwerkraft den Lichtweg biegt – sind ebenfalls stärker als wir erwarten. Basierend auf diesen Effekten haben Astronomen berechnet, dass 85 Prozent der Materie im Universum dunkle Materie ist.
Da wir es nicht finden können, wissen wir nicht, was es ist. Es gibt eine Reihe hypothetischer Kandidaten, und Astronomen versuchen, Wege zu finden, um sie zu erkennen.
Ein steriles Neutrino ist ein hypothetisches Teilchen. Normale Neutrinos, die am häufigsten vorkommenden Teilchen im Universum, ähneln Elektronen, haben jedoch keine Ladung und eine sehr geringe Masse, sodass sie kaum mit normaler Materie interagieren. Physiker haben vorgeschlagen, dass ein steriles Neutrino überhaupt nicht mit normaler Materie interagiert, außer durch Gravitation.
Diese hypothetischen Neutrinos sind aber auch instabil. Sie sollten in normale Neutrinos und elektromagnetische Strahlung zerfallen. Und wenn sie so zerfallen, sollte diese Strahlung erfasst werden. Sehr schwach aber nachweisbar.
Wie in einer Studie aus dem Jahr 2014 angegeben, wurden schwache Röntgenstrahlen vom sterilen Zerfall von Neutrinos aus entfernten Galaxien nachgewiesen, die als 3,5-keV-Linie bezeichnet werden. Aber dann konnten Follow-up-Studien – eine im Jahr 2016 an einer 260.000 Lichtjahre entfernten Zwerggalaxie und eine 2017 an einer 240 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxiengruppe – den Befund nicht bestätigen.
Wir wissen, dass die Milchstraße einen signifikanten Lichthof aus dunkler Materie aufweist. Wenn also sterile Neutrinos darin zerfallen, sollten sie in der gesamten Galaxie nachgewiesen werden.
Das Team führte eine Metaanalyse von 20 Jahren archivierter Roh-Röntgendaten im leeren Raum um die Milchstraße durch, in dem andere leuchtende Objekte die Suche nach Anzeichen von 3,5-KeV-Emissionen nicht beeinträchtigen würden. Sie haben keinen gefunden.
“Dieses Papier aus dem Jahr 2014 und die anschließenden Arbeiten bestätigten, dass das Signal aufgrund der Möglichkeit, zum ersten Mal genau zu erfahren, was dunkle Materie auf mikroskopischer Ebene ist, großes Interesse in der Astrophysik und Teilchenphysik geweckt hat”, sagte der Physiker Ben Safdie von der University of Michigan.
“Unsere Ergebnisse bedeuten nicht, dass dunkle Materie kein steriles Neutrino ist, aber es bedeutet, dass es – entgegen der Aussage von 2014 – bisher keine experimentellen Beweise gibt, die auf ihre Existenz hinweisen.”
Die Forschung wurde in der Zeitschrift Science veröffentlicht.
Quellen: Foto: Dunkler Materie-Heiligenschein der Milchstraße. Zosia Rostomian und Nicholas Rodd / Berkeley Lab; und Christopher Dessert und Benjamin Safdi / University of Michigan
